风寒温度图表与计算器：风怎样带走体热

模型展示什么

在一个无风的清晨，气温为 20 °F（约 −7 °C），走到室外会觉得冷，但还可以忍受。同样的气温下，若迎面吹来 30 mph（约 13 m/s）的风，脸颊很快就会刺痛。两种情况下，温度计的读数相同。变化的是皮肤散热的速度，而风寒温度就是气象部门用来描述这种变化的数值。这个展品说明其中的原因，并让你查阅官方数值：一个表面光滑的人体模型站在风中，身体外包着一层薄薄的暖空气；调大风速时，迎风面的空气层会被刮薄。读数区以 °F 和 °C 显示 National Weather Service（NWS）公式算出的风寒温度、NWS Wind Chill Chart 标注的冻伤时间，以及韩国气象厅（KMA）使用的等级。

这是一个教学模型，不能代替你所在国家气象部门的预报、提示或警报，也不介绍症状或急救方法。相关内容请通过文末附近「健康信息」一节的链接，查阅 CDC、NHS 和 KMA 的资料。

风寒温度衡量什么

风寒温度不是用温度计能测出的温度，而是一种比较。NWS 将它定义为：根据风和寒冷导致的裸露皮肤散热速率，描述人和动物在室外感觉有多冷。风寒温度为 −19 °F，意味着对于裸露皮肤，实际天气带走热量的速度，大约等同于 −19 °F 的无风空气。

这个定义带来两个结果，往往都让人意外。

首先，风寒温度只适用于温度高于空气的生物。放在风中的汽车散热器、水管或温度计会更快冷却，但只能冷却到气温，不会低于气温。NWS 举的例子是，气温 −5 °F、风寒温度 −31 °F 时，散热器不会降到 −5 °F 以下。

其次，风寒温度描述的是裸露皮肤。外套、围巾或手套下面的皮肤没有直接接触风，因此不在这个数值的描述范围内。该指数以面部为基础建立，因为面部是冬季最常露在外面的身体部位。

皮肤周围的暖空气层

任何处于冷空气中的温暖物体，都会加热紧贴它的空气。这些空气受到表面摩擦而减速，停留在表面附近，形成厚度从几毫米到几厘米不等的薄层，具体取决于物体形状和气流。热量必须穿过这一层才能散出去，而静止空气不善于导热。无风时，这层空气就像一条极薄的毯子。

工程师称它为热边界层。在这一层内部，温度从表面附近接近皮肤温度，逐渐降到外缘处的气温。空气层越薄，温度下降的梯度越大，热量穿过它向外流动的速度就越快。

风对这一层空气有两种作用：把已加热的空气换成新来的冷空气，并将迎风面的空气层压薄。在身体两侧，气流挤过时速度加快，空气层也很薄。身体后方的气流脱离表面，形成旋涡；那里的空气层较厚，却不断被撕开、重新形成。

人体模型外的壳层展示的就是这些变化。绘制厚度按 1/√(风速) 变化，这符合简单边界层厚度随流速变化的比例关系，但图上的实际厘米数不是测量值：这幅图只用于展示变化方向。读数区的数值仅来自公式和图表。

为什么风速加倍，散热却不会加倍

如果风会使暖空气层变薄，为什么 40 mph 的风不会让人感觉比 20 mph 的风冷一倍？答案在于空气层与身体如何共同起作用。

离开面部的热量必须依次穿过两道阻碍：温暖血液与皮肤表面之间的组织，以及外面的空气层。风较小时，空气层是更大的阻碍，因此一点风就能造成很大差别。风速升高后，空气层变得很薄，剩余的热阻大部分来自皮肤内部，继续加大风速带来的变化便越来越小。因此公式中的风速项采用很小的指数 0.16：从 5 增至 10 mph，对风寒温度的影响远大于从 50 增至 55 mph。

图表能显示这种差别。在 0 °F 时，风速从 5 增至 10 mph，风寒温度下降 5 度（从 −11 降至 −16 °F）；从 50 增至 60 mph，却只下降 2 度（从 −31 降至 −33 °F）。

逐项理解 2001 年公式

2001 年 11 月 1 日，NWS 开始使用新的风寒温度指数。它由 Joint Action Group for Temperature Indices（JAG/TI，温度指数联合行动小组）开发。这个由美国和加拿大政府共同支持的小组成立于 2000 年秋季，目的是开发、测试并推出统一的标准指数。Environment Canada 也在新指数启用的那年秋季为加拿大公众推出了这一新指数。采用 °F 和 mph 时，公式为：

风寒温度（°F）= 35.74 + 0.6215 T − 35.75 V^0.16 + 0.4275 T V^0.16

其中 T 为气温，单位是 °F；V 为风速，单位是 mph。在公制形式中，T 的单位为 °C，V 的单位为 km/h：

风寒温度（°C）= 13.12 + 0.6215 T − 11.37 V^0.16 + 0.3965 T V^0.16

换算单位后，两种形式给出的结果相同。对 400 种气温与风速组合进行比较，两种形式的差别小于 0.1 °F。

逐项来看，这个公式表达了三件事。常数项和 0.6215 T 项跟随气温变化。−35.75 V^0.16 项使结果随风速升高而降低，小指数意味着风速每增加一英里每小时，作用会逐渐减小。最后一项 0.4275 T V^0.16 则表示空气越冷，风的影响越大：气温为 40 °F 时，30 mph 的风使风寒温度降低 12 度；气温为 −20 °F 时，则降低 33 度。

NWS 列出了公式背后模型所采用的因素：

• 以平均 5 英尺高度（成人面部通常所在的高度）的风速为依据，由标准风速计高度 33 英尺（10 米）处的读数推算；
• 人脸模型；
• 描述寒冷有风天气中，身体向周围环境散热的传热理论；
• 将静风阈值降至 3 mph；
• 皮肤组织热阻采用统一标准；
• 无日照，相当于晴朗的夜间。

代入公式的风速，是天气报告中普通的 10 m 高度风速。公式已经考虑面部高度处较低的风速，无须自行降低。

计算示例

0 °F，15 mph。 V^0.16 = 15^0.16 = 1.543。于是 35.74 + 0.6215 × 0 − 35.75 × 1.543 + 0.4275 × 0 × 1.543 = 35.74 − 55.14 = −19.4 °F，图表中写作 −19。这是 NWS 自己提供的例子，图表将其标为 30 分钟冻伤的色块。

−10 °C，30 km/h。 V^0.16 = 30^0.16 = 1.723。于是 13.12 − 6.215 − 11.37 × 1.723 + 0.3965 × (−10) × 1.723 = 13.12 − 6.215 − 19.59 − 6.83 = −19.5 °C。同样的气温下，若风速只有 5 km/h，结果为 −13 °C，这也是 KMA 给出的例子。

首尔，2023 年 1 月 24 日。 KMA 的 108 号站（首尔）日最低风寒温度记录显示，气温 −16.5 °C，10 分钟平均风速 25.2 km/h，风寒温度 −27.2 °C。代入公式：25.2^0.16 = 1.676，因此 13.12 − 10.25 − 19.05 − 10.96 = −27.15，公布值为 −27.2 °C。

大关岭，2021 年 1 月 7 日。 这是本展品记录中的最低值：气温 −21.7 °C，10 分钟平均风速 53.6 km/h。53.6^0.16 = 1.891，因此 13.12 − 13.49 − 21.50 − 16.27 = −38.1 °C，与 KMA 公布的风寒温度相同。

怎样阅读 NWS 风寒图表

NWS 图表由 12 种风速（侧边从 5 到 60 mph）和 18 种气温（顶部从 40 到 −45 °F）组成。每个单元格显示相应组合的风寒温度，四舍五入至整数度。本展品的「操作」选项卡提供完整图表，点击任一单元格，场景就会切换到对应条件。

表中全部 216 个印刷数值，都与公式计算后四舍五入至最近整数度的结果一致；将 216 个值全部重新计算，结果也相同。如果某张印刷图表中的数值差了 1 度，最可能是复制版本中的舍入差异。

图表中有三处值得留意。

• 沿任一行，气温每下降 5 度，风寒温度约下降 6 或 7 度。这是 0.6215 T 与 0.4275 T V^0.16 两项共同作用的结果。
• 沿任一列，开始增加的那几档风速影响最大。在 20 °F 时，从静风增至 5 mph，已经降低 7 度（至 13 °F）；从 50 增至 60 mph，则仅再降低 1 度（从 −3 降至 −4 °F）。
• 左上角的温度计读数在冰点以上，风寒温度却在冰点以下。气温 35 °F、风速 30 mph 时，感觉相当于 22 °F。下文会进一步说明这意味着什么，以及不意味着什么。

当设定值落在印刷数值之间时，场景采用下一档更冷的列和下一档风速更大的行来选择冻伤色块。因此，显示的色块不会比图表所示的更温和。风寒温度本身始终按你设定的精确数值代入公式计算。

图表中的冻伤时间

图表有三个着色区间：30 分钟、10 分钟和 5 分钟。它们表示在相应气温和风速下，裸露皮肤可能冻结所需的时间。区间边界并不对应单一风寒温度。例如，10 mph 时的 −47 °F 位于 10 分钟区间，60 mph 时的 −48 °F 却位于 5 分钟区间，而 10 mph 时的 −35 °F 仍在 30 分钟区间。这是因为这些时间来自脸颊冷却速度模型，该速度分别取决于气温和风速，而不仅取决于两者组合后的风寒温度。

这些时间背后的面部冷却模型，由 Defence Research and Development Canada 的 Peter Tikuisis 和 Randall Osczevski 于 2003 年发表。他们把动态模型用于许多气温与风速组合，将稳态脸颊皮肤温度列成表格，并标出达到冻结所需的时间。他们的一项发现解释了区间形状：在风寒温度相同的组合中，风越强，脸颊最初冷却得越快。因此，相比更冷空气中的微风，较温和冷空气中的强风即使具有同样的风寒温度，也可能更接近 30 分钟区间。

这些区间为面部干燥的一般成人提供参考。NWS 测试使用了十二名成年志愿者。关于哪些人在寒冷中风险最高，请查阅参考资料中列出的 CDC 和 NHS 页面。

风寒温度相同，天气却不同

公式有两个输入量，因此许多不同的天气都能得到相同的风寒温度。「操作」选项卡有一张小表，用你当前设定的风寒温度，列出在 5、10、15、20、30、40、50 和 60 mph 时产生相同数值所需的气温。

以 −20 °F 为例。风速 5 mph 时，需要约 −8 °F 的气温；20 mph 时，约为 2 °F；60 mph 时，约为 9 °F。这三种天气用同一个数值描述，但人在室外经历的情况并不一样。强风那天气温较高，面部周围的暖空气层最初被更快带走，这就是 Tikuisis 和 Osczevski 对暴露最初几分钟所描述的效应。微风那天空气则冷得多，这对皮肤以外的东西更重要，例如汽车电池、水管和口袋里的手机。

因此，气象部门会在风寒温度旁同时报告气温和风速。风寒温度概括的是裸露皮肤的散热情况，不能代替用来计算它的两个数值。

低于 3 mph 和高于 50 °F 时

NWS 只对气温不高于 50 °F、风速高于 3 mph 的情况定义风寒温度。超过 50 °F 时，风引起的冷应激较小，天气体感由其他指数描述。低于 3 mph 时，空气按静风处理，不使用公式：风寒温度就等于气温。

KMA 在公制单位下采用同样的思路。其数据门户说明，只有气温不高于 10 °C 且风速不低于 1.3 m/s 时，才计算冬季风寒温度。同一页面的计算器在风速不高于 4.8 km/h 时返回气温，计算结果也绝不会高于气温。

在展品中，将风速降至 3 mph 或以下，会出现提示，说明该指数没有定义，保留气温读数。将气温升至 50 °F 以上也会如此。

感觉低于冰点，但实际并非如此

设定 35 °F 和 30 mph，风寒温度为 22 °F，比冰点低十度。你可能因此认为皮肤会冻结，但其实不会。NWS 对此有直接说明：只有气温本身低于冰点，裸露皮肤才可能发生冻伤。风寒效应不能让皮肤冷到低于实际气温，因此空气在冰点以上时不会发生冻伤。冰点以上的寒冷、潮湿和大风天气，仍可能因其他原因带来危险，NWS 在这里提到的是失温。本页不展开讨论，但下方健康链接提供了相关内容。

同样的道理也解释了为什么风寒温度这个数值不适用于物体。气温 25 °F、风速 30 mph 时，水管会比在静止空气中更快结冰，因为风不断送来新的冷空气，但水管不会降到 25 °F 以下。

指数没有包含什么

公式有意保持简单，有些会改变实际冷感的因素没有包含在内。

• 日照。 模型假设晴朗的夜空。强烈阳光照在脸上会增加热量，使实际散热少于指数所暗示的程度。
• 湿度。 测试指数时，相对湿度导致的结果变化小于一度，因此被省略。
• 衣物。 数值针对裸露皮肤，不描述有衣物覆盖的皮肤。
• 你的身体。 体型、体能、血液循环、在室外停留多久，以及是否活动，都会改变冷感。指数采用的是标准成人面部。
• 湿润程度。 湿皮肤会因蒸发更快失热。指数假设皮肤干燥。

因此，应把风寒温度当作天气参考，而不是对某个人的测量结果。

KMA 公式与四个等级

KMA 使用上文公制 JAG/TI 公式发布冬季风寒温度，风速采用以 km/h 表示的 10 分钟平均风速。其开放数据门户提供各站 10 月至 4 月每天的最低风寒温度，以及当时的气温和风速。夏季采用不同方法：从 5 月到 9 月，KMA 使用另一个基于气温和湿度的公式。

KMA 门户的风寒温度表将单元格分为四个着色等级：

将展品切换为 °C，即可查看当前天气的等级。°F 模式下不显示等级，因为 KMA 以 °C 定义这些等级。

NWS 和 KMA 使用相同公式，因此同样的气温与风速，在首尔和芝加哥得到的风寒温度也相同。差别在于各部门如何发布：NWS 以 °F 印制 2001 年图表，并发布本地寒冷天气信息；KMA 则以 °C 发布每日最低值，并配上四个等级。

真实冬季记录

「操作」选项卡收录了 26 条真实记录。每条都保留 KMA 公布的气温、风速和风寒温度，使场景准确呈现当天观测到的条件。

以下来自 KMA 开放数据门户，列出韩国各地 26 个站点从 2017 年 12 月至 2026 年 2 月各冬季记录到的最低日最低风寒温度，以及当时的气温和 10 分钟平均风速：

有两种明显规律。多数低值集中在两次寒潮中，即 2021 年 1 月 7 日至 9 日和 2023 年 1 月 24 日至 25 日。而按风寒温度排序，与按气温排序不同。温度计上春川比仁川冷 4 度，但仁川 31.7 km/h 的风使它的风寒温度更低。济州气温仅略低于冰点，43.2 km/h 的风却使风寒温度降至 −12.0 °C。将这 26 行的气温和风速逐一重新计算，结果均与公布的风寒温度相差不超过 0.1 °C。

作为比较，美国 NWS 预报办公室的总结报告了以下数值。它们没有放入「操作」选项卡，因为总结没有同时给出风速（部分也没有气温），若不虚构数值，场景便无法重现那些清晨：

NWS 大福克斯办公室指出，1996 年和 1985 年的数值是自 1948 年以来机场记录中最低的风寒温度。

2019 年 1 月的寒潮

本展品中的多条记录来自同样的那几天。2019 年 1 月下旬，一团北极冷空气盘踞在美国中西部，该地区 NWS 办公室事后撰写了详细总结。

在芝加哥，奥黑尔机场于 1 月 30 日早晨测得 −23 °F，是该市 34 年来最低气温；此前一小时的风寒温度为 −52 °F。罗克福德次日早晨以 −31 °F 创下当地历史最低气温纪录。皮奥里亚连续 41 小时处于 0 °F 或以下。在伊利诺伊州最西北部的芒特卡罗尔，一名观测员记录到 −38 °F，State Climate Extremes Committee 现将其列为伊利诺伊州历史最低纪录，低于 1999 年的 −36 °F。更往西，锡达拉皮兹和莫林也创下历史最低气温纪录，锡达拉皮兹机场报告的风寒温度为 −55 °F。在北达科他州，大福克斯机场 1 月 29 日的风寒温度达到 −61 °F。

六年后，NWS 芝加哥办公室指出，一次较小规模的寒潮有个不寻常之处：2025 年 1 月 19 日至 24 日的严寒期间，地面积雪很少。自 1942 年以来，芝加哥气温低于零度的日子里，只有 28 天没有积雪覆盖，略低于所有零度以下日子的 5 %。积雪通常有助于空气在夜间冷却，因此在没有积雪时仍出现极冷空气，表明这团空气本身有多冷。

裸露皮肤：数值适用于身体的多少部分

风寒指数描述裸露皮肤，因此值得问一问，穿好衣服的人还露出多少皮肤。烧伤护理使用面积图已有数十年。在 1944 年的 Lund 和 Browder 图中，成人头部约占体表面积的 7 %，颈部占 2 %，每只手占 2.5 %。因此，穿着冬季外套和长裤，但不戴帽子、围巾或手套的人，约有 14 % 的皮肤暴露在风中。

展品的「帽子和面罩」开关覆盖头颈，「手套」开关覆盖双手。两者都开启时，裸露比例降至 0 %，风寒温度也就不再描述人体模型的任何部位。展品不计算被覆盖皮肤能保持多暖：这取决于面料、厚度、透风量以及是否潮湿，没有统一的官方数值。覆盖物只改变数值的适用部位。

旧指数：南极的水

最早的风寒指数来自南极。NWS 这样描述南极探险者 Paul Siple 和 Charles Passel 在 1945 年的研究：他们把盛水的容器挂在室外高杆上，测量水的冷却速率。Environment Canada 对同一指数的描述是，通过测量南极圆筒中水的热量损失进行估算。这些速率给出了以每平方米每小时千卡表示的热损失，后来改以每平方米瓦特表示。NWS 的计算器说明仍提供这种形式的公式：

热损失（W/m²）= (12.1452 + 11.6222 √V − 1.16222 V) × (33 − T)

其中 V 的单位为 m/s，T 的单位为 °C。展品读数区把这个数值显示为「1945 年指数热损失」，四舍五入至最接近的 10 W/m²，便于比较两种方法对风速的响应。

美加两国使用旧指数数十年，但它存在问题。容器里的水比人体组织冻结得快，因此用 NWS 的话说，旧指数低估了冻结所需的时间，并高估了风的冷却作用。Environment Canada 还提出两点：塑料圆筒没有内部热源，也不会像皮肤血管那样对寒冷作出反应；旧风速来自高于地面 10 米的塔，而不是人体平均高度 1.5 米处，在后者，摩擦会使风速降至约三分之二。新指数从包覆导热材料表皮的人体模型头部测试起步，由 Environment Canada 和 Department of National Defence 进行。2001 年初夏，多伦多 Defence and Civil Institute of Environmental Medicine 开展人体试验加以核对，6 名男性和 6 名女性志愿者坐在冷却风洞中。

寒冷天气提示和警报

本页的风寒温度数值不是警报。正式预警由气象部门依据各自标准发布，这些标准会考虑预报、持续时间和当地气候。

在美国，NWS 按地区制定寒冷天气提示和极端严寒警报的标准。NWS 以纽约州罗切斯特地区为例：预计体感温度无论有风与否将降至 −25 °F 或更低时，发布极端严寒警报；预计气温或风寒温度将降至 −15 至 −24 °F 时，发布寒冷天气提示。其他地区采用不同阈值，因为明尼阿波利斯与亚特兰大的人习惯的冬季并不一样。

在韩国，KMA 按自己的标准发布寒潮预警。现行预警和有效标准请查阅 KMA 天气页面；本展品数值不能代替这些信息。

模型简化了什么

• 暖空气壳层是绘制的，不是计算出来的。为了画面表现，其厚度按 1/√(风速) 变化，迎风面变薄和背风面破碎的形态均为定性展示。
• 风线采用教科书中绕过竖直圆柱的流动，圆柱宽度与身体相同，再加上绘制的波状尾流。真实人体周围的气流是三维且具有湍流的。
• 裸露皮肤的色调随气温变化，只是图像表现，不是皮肤温度。
• 冻伤区间来自印刷图表的单元格；在印刷值之间，取更冷和风更强的一侧。真实时间取决于个人和具体情况。
• KMA 等级使用四舍五入至整数度的 °C 风寒温度，与 KMA 表格一致。
• 裸露皮肤百分比来自烧伤图的成人数值，仅用于说明穿衣后仍露出多少皮肤。

健康信息

本页不介绍冻伤或失温的症状，也不说明处理方法。相关内容请使用卫生和气象机构的指导：

• CDC, Preventing Frostbite（英文）
• NHS, Frostbite（英文）
• NHS, Hypothermia（英文）
• NWS, Cold safety（英文）
• KMA, life weather index guide（韩文）

网址列在下方「参考资料」和「操作」选项卡的「健康信息」框中。